(57)【要約】  スイッチング素子Ｇｕ〜Ｇｚを有し同期機１を駆動する電力変換器２と、開閉部４と、電流検出部３ａ〜３ｃと、電流検出器３ａ〜３ｃが検出した電流に基づきスイッチング素子Ｇｕ〜Ｇｚのオンオフ制御と開閉部４に対する開閉制御とを行う制御部６と、を備える電力変換装置であって、制御部６は、スイッチング素子Ｇｕ〜Ｇｚのいずれが短絡故障となっているかを検出し、検出結果を示す信号を出力する故障検出部９と、短絡故障となっている第１の相（例えば、Ｕ相）以外の相（Ｖ相またはＷ相）を構成するスイッチング素子の１つをオン動作状態にすると共に、開閉部４を開放するための信号を出力するＯＮ／ＯＦＦ制御部７と、第１の相、および、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７によってスイッチング素子の１つがオン動作状態になった第２の相（例えば、Ｗ相）、以外の第３の相（例えば、Ｖ相）に接続されたＶ相開閉部４ｂを開放する開閉制御部８と、を有する。
2011048683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流回転機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に接続された交流遮断用の開閉部と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に流れる電流を検出する電流検出部と、
少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、を備える電力変換装置であって、
前記制御部は、
前記電流検出器が検出した電流値に基づき、前記複数のスイッチング素子のいずれが短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっているかを検出し、検出結果を示す信号を出力する故障検出部と、
前記故障検出部からの信号および前記電流値に基づいて、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つをオン動作状態にすると共に、前記開閉部を開放するための信号を出力するＯＮ／ＯＦＦ制御部と、
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部からの信号に基づいて、前記第１の相、および、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部によってスイッチング素子の１つがオン動作状態になった第２の相、以外の第３の相に接続された開閉部を開放する開閉制御部と、を有すること、
を特徴とする電気車の電力変換装置。
【請求項２】
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部は、前記電流値に基づいて、前記第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つを選択することを特徴とする請求項１に記載の電気車の電力変換装置。
【請求項３】
前記開閉制御部は、各相に接続された開閉部の開放動作の２回目に前記第１の相に接続された開閉部を開放することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の電力変換装置。
【請求項４】
前記開閉制御部は、各相に接続された開閉部の開放動作の１回目に前記第１の相以外の相に接続された開閉部を開放することを特徴とする請求項３に記載の電気車の電力変換装置。
【請求項５】
前記開閉制御部は、前記第１の相に接続された開閉部と、前記第２の相に接続された開閉部と、前記第３の相に接続された開閉部と、のいずれか２つの動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両もしくは電気自動車も含む電気車などに用いられる同期機駆動を対象とする電力変換装置に関し、特に同期機と電力変換器の間に開閉部を備えた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同期機は、従来から各種の分野で広く使用されている誘導機と比較して、回転子に内蔵された磁石による磁束が確立しているので、励磁電流が不要であることや、誘導機のように回転子に電流が流れないので、二次銅損が発生しないことなどの特長がある。そこで、電気車でも効率の向上を図るために同期機の適用が検討されている。【０００３】
電気車は、電力変換器と同期機が搭載された複数の車両を連結して編成を成して走行するので、走行中に一部の車両の電力変換装置を構成するスイッチング素子に短絡故障が生じた場合でも、他の健全な電力変換器と同期機によって、電気車は走行を続けることができる。このことより、故障した電力変換器の故障部位（短絡部分）には、同期機の誘起電圧による短絡電流が流れ続けることになる。そのため、この状態を放置すると、大きな短絡電流が流れるので、電力変換器の故障部位が拡大したり、同期機にも短絡電流が流れているので、同期機が発熱したり焼損したりする可能性がある。【０００４】
このような故障への対処として、例えば下記特許文献１では、オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流電動機を駆動する電力変換器と、電力変換器と同期機との間に接続された交流遮断用の開閉部と電力変換器の出力電流を検出する電流検出器と、少なくとも電流検出器が検出した電流に基づき、電力変換器における複数のスイッチング素子のオンオフ制御と開閉部に対する開閉制御とを行う制御部を備える電力変換装置であって、制御部は、電流検出器が検出した電流値に基づき、複数のスイッチング素子のいずれが短絡故障しているか、あるいは、オン動作状態のままとなっているかを判別し、判別結果を示す信号を出力する故障判定部と、前記故障判定部からの信号に応じて、電力変換器に対して制御信号を出力するゲート信号生成部と、を備え、ゲート信号生成部は、故障判定部からの信号が、正極側に接続された上アームに属するスイッチング素子のうちの何れかが短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっており、かつ、負極側に接続される下アームに属するスイッチング素子のうちのいずれかが短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっていることを示す場合は、全てのスイッチング素子をオン動作状態とするオン制御信号を電力変換器に対して出力することにより、電力変換装置に発生した故障の形態によらず、電力変換器と電動機との間を流れる故障電流に継続的な電流ゼロ点が生じない直流成分を含む場合において、故障電流を遮断できるので、電力変換器内の故障部位の拡大を防ぐことが開示されている。【０００５】
また、下記特許文献２には、上述同様にスイッチング素子の短絡故障が発生した際に、短絡故障した相を含むように、高電位Ｐ側アームまたは低電位Ｎ側アームの電動機端子を短絡して、三相短絡状態となるようにスイッチング素子をＯＮ動作状態とし、同期機の電流の平均値である直流成分をゼロに戻す対策について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２５２１０９号公報（請求項１）
【特許文献２】特許第３９２７５８４号公報（段落［００９３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の電力変換装置では、短絡故障が発生したときに、短絡故障が発生しているスイッチング素子と２つ以上のスイッチング素子とをＯＮ動作状態にする必要があった。そのため、大きな短絡電流が流れているときに、健全なスイッチング素子をＯＮ動作状態にすることは、スイッチング素子に過大なストレスが掛かることになるので、ＯＮ動作状態にした健全なスイッチング素子も故障することも考えられ、故障が拡大する可能性がある。【０００８】
また、開閉部が開放するときに過渡的な電圧（一般的にサージ電圧と言う）が発生するが、その過渡的な電圧が、電力変換器や同期機の絶縁耐圧の電圧レベルを超える可能性が高い。そのため、この過渡的な電圧をできるだけ小さくなるように考慮して開閉部を開放する相順を選択する必要がある。しかしながら、従来技術では、そのようなことが考慮されていないため、上述した過渡的な電圧の発生を抑制することができないという課題があった。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、開閉部が開放するときに発生する過渡的な電圧を抑制することができると共に、故障していないスイッチング素子への負担を軽減することができる電気車の電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流回転機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に接続された交流遮断用の開閉部と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に流れる電流を検出する電流検出部と、少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、を備える電力変換装置であって、前記制御部は、前記電流検出器が検出した電流値に基づき、前記複数のスイッチング素子のいずれが短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっているかを検出し、検出結果を示す信号を出力する故障検出部と、前記故障検出部からの信号および前記電流値に基づいて、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つをオン動作状態にすると共に、前記開閉部を開放するための信号を出力するＯＮ／ＯＦＦ制御部と、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部からの信号に基づいて、前記第１の相、および、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部によってスイッチング素子の１つがオン動作状態になった第２の相、以外の第３の相に接続された開閉部を開放する開閉制御部と、を有すること、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つをオン動作状態にすると共に、第１の相、および、スイッチング素子の１つがオン動作状態になった第２の相、以外の第３の相に接続された開閉部を開放するようにしたので、開閉部が開放するときに発生する過渡的な電圧を抑制することができると共に、故障していないスイッチング素子への負担を軽減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる電気車の電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、同期機のモータ電圧と無負荷誘起電圧の関係を示す図である。
【図３】図３は、図１に示される故障検出部の構成例を示す図である。
【図４】図４は、図１に示されるＯＮ／ＯＦＦ制御部の構成例を示す図である。
【図５】図５は、図１に示される電力変換器に異常が発生してから開閉部を開放するまでの一連の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は、Ｕ相の上アームに属するスイッチング素子が短絡故障した際の動作を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１にかかる電気車の電力変換装置による効果を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２にかかる電気車の電力変換装置の一の構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２にかかる電気車の電力変換装置の他の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、図８および図９に示される電力変換器に異常が発生してから開閉部を開放するまでの一連の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる電気車の電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電気車の電力変換装置の構成例を示す図であり、図２は、同期機１のモータ電圧と無負荷誘起電圧の関係を示す図である。図１に示される電気車の電力変換装置は、直流電源５に接続され同期機１を駆動させる電力変換器２と、電力変換器２と交流回転機１との間に接続された交流遮断用の開閉部４と、電力変換器２の動作制御および開閉部４の開放制御を行う制御部６と、を有して構成されている。
【００１５】
電力変換器２は、正側アームの３つのスイッチング（以下単に「ＳＷ」と称する）素子（Ｕ相上アーム素子Ｇｕ、Ｖ相上アーム素子Ｇｖ、およびＷ相上アーム素子Ｇｗ）と、負側アームの３つのＳＷ素子（Ｕ相下アーム素子Ｇｘ、Ｖ相下アーム素子Ｇｙ、およびＷ相下アーム素子Ｇｚ）とのブリッジ回路で構成される。それぞれのＳＷ素子には、逆並列ダイオードが接続されている。そして、それぞれの相の上アーム素子と下アーム素子との接続点が三相の出力端を構成し、それぞれの出力端にＵ相結線、Ｖ相結線、Ｗ相結線が接続される。Ｕ相結線、Ｖ相結線、およびＷ相結線は、開閉部４を介して同期機１に接続されている。この構成によって電力変換器２は、制御部６からのゲート信号に従って各ＳＷ素子がオンオフ動作することで、入力される直流電圧を任意周波数の三相交流電圧に変換して同期機１を駆動する。
【００１６】
制御部６は、主たる構成として、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７と、開閉部４を制御する開閉制御部８と、電力変換器２を構成するＳＷ素子Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの短絡故障を検出する故障検出部９と、を有して構成されている。
【００１７】
本実施の形態では、図１に示される同期機１を、回転子に取り付けられた永久磁石により界磁を作る永久磁石同期機としている。永久磁石同期機の場合、永久磁石による磁束が一定であるため、同期機単体の特性としては、磁束密度と同期機の回転速度との積に比例した誘起電圧を発生する。これを無負荷誘起電圧といい、図２に点線で示すような特性を持つ。これに対して、電力変換器２は、入力の直流電源５の直流電圧以上の電圧を発生することはできないことから、無負荷誘起電圧が電力変換器２の最大出力電圧を超える領域では、永久磁石による磁束を打ち消すような磁束を電機子巻線で発生させるように、電力変換器２で所謂弱め界磁制御を行なって、高速運転を行なっている。
【００１８】
なお、自動車や電車などの電気車では、電力変換器２が停止していて、力行でもなく回生でもない惰性で走行する「惰行」という運転モードがあることが特徴である。このような惰行の際、永久磁石同期機を使用する場合、電力変換装置２では、前述した無負荷誘起電圧が発生する。この無負荷誘起電圧が電力変換器２の直流電圧（直流電源５の両端電圧に相当）よりも大きな領域では、無負荷誘起電圧が、電力変換器２を構成するＳＷ素子Ｇｕ〜Ｇｚのダイオードを介して全波整流される。全波整流された電力は、直流電源５側に回生され、その結果、システム全体としてブレーキ力が発生し、ブレーキ動作を行なうことになる。
【００１９】
一般に知られているように正弦波状の交流電流は、電流波形の半周期毎に電流ゼロ点が生じるので、この電流ゼロ点を利用して電流を遮断することができる。図１に示される開閉部４は、電流ゼロ点を利用して電流を遮断する交流遮断用の接触器である。一般に交流遮断用の接触器としては、電流ゼロ点で電流を遮断する仕組みを応用した真空接触器等が挙げられる。ただし、電力変換器２に発生した故障の形態によっては、上記の従来技術でも説明したように、故障電流に継続的な電流ゼロ点が生じない直流成分が含まれる場合がある。このような場合、電流ゼロ点で電流を遮断する仕組みを利用した交流遮断用の真空接触器等では、故障電流の遮断が不可能となるので、故障電流を遮断できず、故障電流が継続して流れて、発熱等によって電力変換器２の故障部位の拡大を招くおそれがある。本実施の形態にかかる電力変換装置は、このような問題を解決するためのものであり、以下その具体的態様を説明する。
【００２０】
図１に示される各相の電流検出器３ａ、３ｂ、３ｃは、電力変換器２の三相出力端と開閉部４との間におけるＵ相結線、Ｖ相結線、Ｗ相結線にそれぞれ設置され、同期機１に発生する各相電流（「モータ電流」と称してもよい）Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。各電流検出器３ａ、３ｂ、３ｃで検出された各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、故障検出部９およびＯＮ／ＯＦＦ制御部７にそれぞれ入力される。
【００２１】
なお、図１に示される電力変換装置は、電力変換器２の三相出力端と開閉部４との間におけるＵ相〜Ｗ相結線の電流を検出する手段としてＣＴ等を用いているが、これに限定されるものではなく、他の公知の手法を用いて、例えば電力変換器２の内部に流れる母線電流を用いて、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する態様であってもよい。また、図１に示される電力変換装置は、電力変換器２の三相出力電流をそれぞれ検出する態様であるが、任意の二相の電流を検出する態様でもよい。すなわち、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係が成立するため、例えば、Ｕ、Ｖ２相分の検出電流からＷ相の電流を求めることもできるので、例えば、Ｗ相の電流検出器３ｃを省略してもよい。もちろん、Ｕ、Ｗ２相分の検出電流からＶ相の電流を求めてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
図３は、図１に示される故障検出部９の構成例を示す図であり、図４は、図１に示されるＯＮ／ＯＦＦ制御部７の構成例を示す図であり、図５は、図１に示される電力変換器２に異常が発生してから開閉部４を開放するまでの一連の動作を説明するためのフローチャートであり、図６は、Ｕ相の上アームに属するＳＷ素子Ｇｕが短絡故障した際の動作を説明するための図である。
【００２３】
（故障検出部）
図３において、各電流検出器３ａ、３ｂ、３ｃで検出された各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、制御部６の故障検出部９に入力される。図３に示される故障検出部９は、主たる構成として、Ｕ相電流Ｉｕが入力されるＵ相故障検出部１７ａと、Ｖ相電流Ｉｖが入力されるＶ相故障検出部１７ｂと、Ｗ相電流Ｉｗが入力されるＷ相故障検出部１７ｃと、を有して構成されている。
【００２４】
各故障検出部１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、各相のモータ電流（各相電流）に基づいて、各相の上アームと各相の下アームとの何れが故障しているのか検出して、その故障部位を示すエラー信号を出力する。エラー信号は、図３に示されるＵ相上アーム故障検出信号ＦＯＵなどである。このように、各故障検出部１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、各相の上アームと各相の下アームとの何れが故障しているのか検出するためのものであり、入力信号と出力信号とが異なるが、機能としてはそれぞれ同じものである。従って、以下の説明では、Ｕ相故障検出部１７ａのみについて説明し、Ｖ相故障検出部１７ｂおよびＷ相故障検出部１７ｃの説明は省略する。
【００２５】
図３に示されるＵ相故障検出部１７ａは、主たる構成として、Ｕ相電流Ｉｕの大きさによってＵ相が故障（特に、短絡故障）しているか否かを検出するＵ相短絡故障検出部１０ａと、Ｕ相電流Ｉｕの流れている方向を判別するＵ相電流符号判別部１１ａと、Ｕ相短絡故障検出部１０ａおよびＵ相電流符号判別部１１ａからの出力によってＵ相の故障部位を検出・特定するＵ相故障部位検出部１２ａと、を有して構成されている。
【００２６】
Ｕ相短絡故障検出部１０ａは、主たる構成として、入力されたＵ相電流Ｉｕの絶対値を演算する絶対値演算部１３ａと、大なり比較器１４ａと、ＯＮ時素１５ａと、を有して構成されている。
【００２７】
大なり比較器１４ａは、絶対値演算部１３ａからの絶対値と所定の設定値Ｉｓｅｔとを比較する。これは、ＳＷ素子が短絡している相に流れる電流がゼロでなく、交流成分にオフセット量が加算された値になるという知見に基づいている。このことを具体的に説明すると以下の通りである。図６には、Ｕ相の上アームに属するＳＷ素子Ｇｕが短絡故障したときの電流波形が示されている。Ｕ相電流以外の相電流はゼロをクロスしているが、Ｕ相電流はゼロをクロスせずオフセットがのった波形になっていることが確認できる。Ｕ相短絡故障検出部１０ａは、そのことを利用して短絡故障を検出している。つまり、Ｕ相電流の波形に、所定の設定値Ｉｓｅｔより大きいオフセットがある場合、大なり比較器１４ａは、Ｕ相に短絡故障が発生していることを示す「１」を出力する。なお、所定の設定値Ｉｓｅｔは、同期機１の特性によって決まるのであるが、定格電流値の１．５〜２倍の値に設定することが適切である。つまり、定格電流実効値が２００Ａとすると、所定の設定値Ｉｓｅｔは３００〜４００Ａ程度に設定するのが望ましい。
【００２８】
ＯＮ時素１５ａは、誤検知防止のための機能であり、例えば、大なり比較器１４ａの出力の１がＯＮ時素１５ａに設定されている時間以上継続した場合に、１を出力する。ＯＮ時素１５ａに設定する時間は、例えば、５ｍｓｅｃとする。なお、この場合、ＯＮ時素１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆに設定する時間も５ｍｓｅｃとする。ＯＮ時素１５ａの出力は、論理積部１８ａおよび論理積部１８ｂに入力される。
【００２９】
次に、Ｕ相電流符号判別部１１ａの構成を説明する。Ｕ相電流Ｉｕは、Ｕ相電流符号判別部１１ａに入力され、Ｕ相電流符号判別部１１ａは、このＵ相電流Ｉｕの流れている方向を判別する。Ｕ相電流符号判別部１１ａは、主たる構成として、大なり比較器１４ｂと、小なり比較器１６ａと、ＯＮ時素１５ｂと、ＯＮ時素１５ｃと、を有して構成されている。
【００３０】
大なり比較器１４ｂおよび小なり比較器１６ａは、Ｕ相電流Ｉｕの値とゼロを比較して、Ｕ相電流Ｉｕがプラス側に流れているのかマイナス側に流れているのかを判別する。ＯＮ時素１５ｂおよびＯＮ時素１５ｃは、ＯＮ時素１５ａと同様に、誤検知防止のための機能である。ＯＮ時素１５ｂの出力は論理積部１８ａに入力され、ＯＮ時素１５ｃの出力は論理積部１８ｂに入力される。
【００３１】
Ｕ相故障部位検出部１２ａは、主たる構成として、論理積部１８ａおよび論理積部１８ｂを有して構成されている。論理積部１８ａは、Ｕ相短絡故障検出部１０ａの出力とＯＮ時素１５ｂの出力とが共に１の場合、Ｕ相上アーム故障検出信号ＦＯＵを出力する。すなわち、Ｕ相短絡故障検出部１０ａが短絡故障を検出し、かつ、Ｕ相電流Ｉｕがプラス方向に流れている場合、Ｕ相故障部位検出部１２ａは、Ｕ相の上アームであるＳＷ素子Ｇｕが短絡故障していることを検出する。
【００３２】
また、論理積部１８ｂは、Ｕ相短絡故障検出部１０ａの出力とＯＮ時素１５ｃの出力とが共に１の場合、Ｕ相下アーム故障検出信号ＦＯＸを出力する。すなわち、Ｕ相短絡故障検出部１０ａが短絡故障を検出し、かつ、Ｕ相電流Ｉｕがマイナス方向に流れている場合、Ｕ相故障部位検出部１２ａは、Ｕ相の下アームであるＳＷ素子Ｇｘが短絡故障していることを検出する。
【００３３】
このように、図１に示される故障検出部９は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、短絡故障部位を限定・検出し、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７に対して、短絡故障部位の検出結果を示すＵ相上アーム故障検出信号ＦＯＵあるいはＵ相下アーム故障検出信号ＦＯＸを出力する。
【００３４】
（ＯＮ／ＯＦＦ制御部）
ＯＮ／ＯＦＦ制御部７は、故障検出部９からの故障検出信号と、各電流検出器３ａ、３ｂ、３ｃで検出された相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、に基づいて、故障の拡大を防止するために、故障していないＳＷ素子を選択し、選択したＳＷ素子をＯＮ動作状態にする。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７は、Ｕ相開閉部４ａ、Ｖ相開閉部４ｂ、およびＷ相開閉部４ｃの開放順を制御するための開放指令ＭＵＯＦＦ、ＭＶＯＦＦ、およびＭＷＯＦＦを生成し、開閉制御部８に対して出力する。そのことにより、開閉部４が開放したときに発生する過渡的な電圧が電力変換器２や同期機１の絶縁耐圧の電圧レベルを超えることを抑制可能である。
【００３５】
図５には、制御部６を構成する各要素の動作が示されている。例えば、電力変換器２に異常が発生した場合、図５の上段に示される故障検出部９は、短絡故障部位を限定・検出する。図５の中段に示されるＯＮ／ＯＦＦ制御部７は、故障検出部９からの故障検出信号に基づいて、ＯＮ動作状態にするＳＷ素子を選択し、選択したＳＷ素子をＯＮ動作状態にする。図５の下段に示される開閉制御部８は、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７から出力された開放指令ＭＵＯＦＦ、ＭＶＯＦＦ、ＭＷＯＦＦに基づいて各開閉部４ａ、４ｂ、４ｃを開放させる。
【００３６】
以下、図５および図６を用いて、制御部６の動作と図５のフローチャートとを関連付けて説明する。なお、以下の説明では、適宜、Ｕ相を第１の相、Ｖ相を第３の相、Ｗ相を第２の相として称して説明する場合がある。
【００３７】
図６に示すように、時刻ｔ１でＵ相上アームに属するＳＷ素子Ｇｕが故障した場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、Ｕ相電流Ｉｕがプラス方向に流れる。そのため、図３に示される大なり比較器１４ｂの出力は、時刻ｔ２でオン（もしくは１）となり、ＯＮ時素１５ｂの出力は、ＯＮ時素１５ｂに設定された時間だけ遅れて時刻ｔ４でオンとなる。
【００３８】
また、大なり比較器１４ａの出力は、Ｕ相電流Ｉｕが所定の設定値Ｉｓｅｔを超えた時点、すなわち時刻ｔ３でオンとなる。比較器１４ａからの出力は、ＯＮ時素１５ａに入力され、ＯＮ時素１５ａの出力は、ＯＮ時素１５ａに設定された時間だけ遅れて時刻ｔ５でオンとなる。
【００３９】
論理積部１８ａには、上述したＯＮ時素１５ａからの出力とＯＮ時素１５ｂからの出力とが入力される。何れの出力もオンの場合、論理積部１８ａの出力はオンとなる。すなわち、論理積部１８ａは、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７に対してＵ相上アーム故障検出信号ＦＯＵを送出する。
【００４０】
次に、図４に示されるＯＮ／ＯＦＦ制御部７において、大なり比較器１９ａおよび小なり比較器２０ａは、モータ電流ＩｖとＩｗとを比較する（ステップＳ１１）。モータ電流ＩｖがＩｗより大きい場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、大なり比較器１９ａの出力はオンとなる。
【００４１】
論理積部２１ａに入力される信号、すなわち、大なり比較器１９ａからの出力とＵ相上アーム故障検出信号ＦＯＵは、共にオンである。従って、論理積部２１ａの出力は、Ｗ相上アームのＳＷ素子ＧｗをＯＮ動作状態にするためにオンとなる。論理積部２１ａの出力は、論理和部２２ａに送出される。
【００４２】
論理和部２２ａは、論理積部２１ａからの出力に基づいて、Ｇｗオン信号を生成し、電力変換器２に対して出力する。ＳＷ素子Ｇｗは、このＧｗオン信号に従ってオンとなる（ステップＳ１２）。
【００４３】
また、論理積部２１ａの出力は論理和部２２ｈにも送出され、論理和部２２ｈは、論理積部２１ａからの出力に基づいて、Ｖ相開閉部開放指令ＭＶＯＦＦを生成し、ＯＮ時素２３ｂに対して出力する。
【００４４】
なお、実際には、ＳＷ素子ＧｗがＯＮ動作状態になるまでには、若干の時間遅れがあるため、ＯＮ時素２３ｂの出力（Ｖ相開閉部開放信号出力）は、ＯＮ時素２３ｂに設定された時間だけ遅れて時刻ｔ６でオフとなる。その結果、時刻ｔ６でＶ相開閉部４ｂが開放する（ステップＳ１３）。
【００４５】
また、Ｖ相開閉部４ｂが開放してから所定の時間を待って、時刻ｔ７でＵ相開閉部４ａが開放する（ステップＳ１４）。このＶ相開閉部４ｂが開放してから所定の時間を待つ時間は、あるＳＷ素子（上記説明ではＧｗ）をオンすることによって、従来の方法に比して、大幅に短縮できることがシミュレーション結果などから判っている。
【００４６】
ステップＳ１１において、モータ電流ＩｖがＩｗより小さい場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、図４に示される小なり比較器２０ａの出力がオンとなる。論理積部２１ｂに入力される小なり比較器２０ａからの出力とＵ相上アーム故障検出信号ＦＯＵとが共にオンである。従って、論理積部２１ｂの出力は、ＳＷ素子ＧｖをＯＮ動作状態にするため、オンとなる。論理和部２２ｂは、論理積部２１ｂからの出力に基づいて、Ｇｖオン信号を生成する。ＳＷ素子Ｇｖは、このＧｖオン信号に従ってオンとなる（ステップＳ１５）。
【００４７】
論理積部２１ｂの出力は論理和部２２ｉにも送出され、論理和部２２ｉは、論理積部２１ｂからの出力に基づいて、Ｗ相開閉部開放指令ＭＷＯＦＦを生成し、ＯＮ時素２３ｃに対して出力する。
【００４８】
ＯＮ時素２３ｃの出力は、ＯＮ時素２３ｃに設定された時間だけ遅れて時刻ｔ６でオフとなる。その結果、時刻ｔ６でＷ相開閉部４ｃが開放する（ステップＳ１６）。また、Ｗ相開閉部４ｃが開放してから所定の時間を待って、時刻ｔ７でＵ相開閉部４ａが開放する（ステップＳ１７）。
【００４９】
ステップＳ１０において、Ｕ相上アームに属するＳＷ素子Ｇｕが故障していない場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、故障検出部９は、Ｕ相下アームに属するＳＷ素子Ｇｘが故障しているか否かを判断する（ステップＳ２０）。
【００５０】
このように、故障検出部９は、各ＳＷ素子の故障の有無を順次判断していき、Ｗ相上アームに属するＳＷ素子Ｇｚが故障していない場合（ステップＳ６０，Ｎｏ）、ステップＳ１０以降の判断を繰り返す。ＯＮ／ＯＦＦ制御部７は、故障検出信号ＦＯＸ〜ＦＯＺと相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに基づいて、各ＳＷ素子のオン制御と、開閉制御部８に対する開閉部開放指令を生成する。また、開閉制御部８は、開閉部開放指令に基づいて各開閉部４ａ、４ｂ、４ｃの開路動作を行う。以下、ステップＳ２０〜ステップＳ６７に関する説明は、上述同様であるため割愛する。
【００５１】
図７は、本発明の実施の形態１にかかる電気車の電力変換装置による効果を説明するための図である。図７（ａ）には従来方式によるシミュレーション結果が示され、図７（ｂ）には本実施の形態によるシミュレーション結果が示されている。図７（ａ）および（ｂ）に示される各波形は、電鉄用の３００ｋＷで定格電圧３ＫＶのモータを用いて、Ｕ相上アームに属するＳＷ素子Ｇｕが短絡故障したときに得られたものである。
【００５２】
ここで、図７に示された波形の理解を容易にするため、継続的な電流ゼロ点が生じない故障電流の発生態様を説明し、その後、本実施の形態にかかる制御部６の動作を説明する。継続的な電流ゼロ点が生じない故障電流の発生態様としては、図１に示された６つのＳＷ素子Ｇｕ〜Ｇｚのうちの任意の１つが、短絡故障となった場合、あるいは、ＳＷ素子やその駆動回路（図示せず）の故障によってオン動作状態のままとなった場合が挙げられる。例えば、電力変換装置が運転中で、同期機１が回転している状態において、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障を起こし、残りのＳＷ素子Ｇｖ〜Ｇｚは、図示しない故障検出機能が働いて全てオフ動作状態となった場合には、ＳＷ素子Ｇｕと、ＳＷ素子Ｇｖ〜Ｇｚに接続されている逆並列ダイオードと、を通して、同期機１と電力変換器２との間で故障電流が流れる。そのときの各相の故障電流の波形を表わしたものが、図７（ａ）および（ｂ）の上段に示される三相電流波形である。
【００５３】
図７（ａ）の上段に示される波形は、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障した際、ＳＷ素子Ｇｕ以外のＳＷ素子をＯＮ動作状態にせずに、開閉部４を開放したときの三相電流波形であり、図７（ａ）の下段に示される波形は、このときの線間電圧波形である。
【００５４】
図７（ｂ）の上段に示される波形は、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障した際、例えばＳＷ素子ＧｖをＯＮ動作状態にして、かつ、Ｗ相開閉部４ｃを開放したときの三相電流波形であり、図７（ｂ）の下段に示される波形は、このときの線間電圧波形である。
【００５５】
図７（ａ）のシミュレーション結果では、例えば、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障したとき、Ｕ相電流Ｉｕが正側にオフセットし電流ゼロ点が存在しなくなる。短絡故障してから約０．０３ｓｅｃ後にＷ相開閉部４ｃを開放した場合、ＷＵ相間の線間電圧波形の最大値が約１１ｋＶになることが確認できる。このモータの絶縁耐圧は、定格電圧が３０００Ｖなので６０００Ｖ程度であるが、絶縁耐圧の約２倍の電圧が印加されることになる。
【００５６】
それに比較して、本実施の形態にかかるＯＮ／ＯＦＦ制御部７は、図７（ｂ）に示されるように、例えば、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障してから約０．０２ｓｅｃ後に、図５の制御アルゴリズムに基づいて、Ｖ相上アームのＳＷ素子ＧｖをＯＮ動作状態にする。さらに、開閉制御部８は、短絡故障が発生してから約０．０３ｓｅｃ後にＷ相開閉部４ｃを開放する。
【００５７】
このとき、ＶＷ相およびＷＵ相の各線間電圧波形の最大値は、図７（ｂ）の下段に示すように約４ｋＶになる。すなわち、過渡電圧がモータの絶縁耐圧よりも低い値に抑制されていることが確認できる。また、図７（ｂ）の上段に示すように、Ｗ相開閉部４ｃを開放した後も電流が安定しゼロ付近にあるので、直ぐに他の相も開放できることが確認できる。
【００５８】
なお、図７では、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障を起こし、故障していないＳＷ素子Ｇｖ〜Ｇｚが全てオフ動作状態にある場合に、Ｕ相電流Ｉｕが正側にオフセットして電流ゼロ点が存在しなくなる波形を示しているが、反対側のＵ相下アームのＳＷ素子Ｇｘが短絡故障を起こし、故障していない他の素子が全てオフ動作状態にある場合には、Ｕ相電流Ｉｕが負側にオフセットして電流ゼロ点が存在しなくなる波形となる。このことは、他のＳＷ素子が短絡故障した場合においても同様に考えることができる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置は、電力変換器２を構成するスイッチング素子の何れかが短絡故障あるいはオン動作状態となったとき、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている第１の相（例えば、Ｕ相）以外の相を構成するＳＷ素子の１つをＯＮ動作状態にするようにしたので、電流ゼロ点を利用して開閉部を開放でき、確実に故障電流を遮断することが可能である。また、第１の相（例えば、Ｕ相）およびＳＷ素子の１つがオン動作状態になった第２の相（例えば、Ｗ相）、以外の第３の相（例えば、Ｖ相）に接続された開閉部を、開放動作の１回目に開放するようにしたので、開閉部を開放（遮断）する際の過渡的な電圧の発生を抑制すること可能である。また、例えばＳＷ素子Ｇｕが故障した際に、故障していないＳＷ素子の動作を一つの相（例えば、Ｗ相）のみに限定するようにしたので、故障していない他のＳＷ素子（例えば、Ｖ相のＧｖ、Ｇｙ）へのストレス・負担を軽減することができ、故障の拡大を防止することが可能である。その結果、従来技術に比して、故障頻度が大幅に軽減されるため、電力変換装置の信頼性が向上すると共に長期使用が可能であり、また、メンテナンスコストの低廉化を図ることができる。
【００６０】
なお、上記説明では、開閉制御部８が３つの開閉部４ａ、４ｂ、４ｃの動作を制御する態様であったが、これに限定されるものではなく、例えば、２つの開閉部に限定して、その開閉部の動作のみ制御する態様でもよい。例えば、開路動作をＷ相開閉部４ｃおよびＵ相開閉部４ａに限定することによって、開閉部４の動作回数を減らすことができるので、開閉部４の劣化を抑制でき、寿命を延ばすことが可能である。
【００６１】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる電気車の電力変換装置の一の構成を示す図であり、図９は、本発明の実施の形態２にかかる電気車の電力変換装置の他の構成を示す図であり、図１０は、図８および図９に示される電力変換器２に異常が発生してから開閉部４を開放するまでの一連の動作を説明するためのフローチャートである。なお、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００６２】
実施の形態１との相違点は、開閉部が２相のみ（例えば、Ｕ相およびＶ相）に取り付けられている点である。そのため、開閉制御部２４は、図８に示されるように、２相のみの制御信号を出力するように構成すればよい。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御部２７も同様に、２相のみの開閉部開放指令を出力するように構成すればよい。
【００６３】
また、本実施の形態にかかる電力変換装置は、図９に示すような態様で構成してもよい。すなわち、図９に示される電力変換装置は、図８のように電力変換器２と同期機１との間に開閉部４が接続されているのではなく、同期機２５の中性点２６が外部で接続できる構成になっている。すなわち、同期機２５の中性点２６側に開閉部４を接続する構成になっている。なお、図８および図９に示される電力変換装置は、Ｕ、Ｖ相に開閉部を接続しているが、Ｕ、Ｖ相以外の組合せでよい。
【００６４】
図１０において、開閉部が接続されている相のＳＷ素子（例えば、Ｇｕ）が短絡故障した場合（ステップＳ１００，Ｙｅｓ）、開閉部が接続されていない相のＳＷ素子（例えば、Ｇｗ）を優先的にＯＮ動作状態にする点が実施の形態１と大きく異なるところである。このことを具体的に説明すると、本実施の形態にかかるＯＮ／ＯＦＦ制御部２７は、ＯＮ動作状態にするＳＷ素子を選択する際に、開閉部の開放動作を考慮して、開閉部（例えば、Ｕ相開閉部４ａまたはＶ相開閉部４ｂ）が接続されていない相のＳＷ素子（例えば、Ｇｗ）を優先的にＯＮ動作状態にする（ステップＳ１０１）。
【００６５】
また、開閉制御部２４は、ＳＷ素子Ｇｗがオンしてから所定時間経過後にＶ相開閉部４ｂを開放し（ステップＳ１０２）、Ｕ相開閉部４ａも開放する（ステップＳ１０３）。
【００６６】
図７（ｂ）の波形に対比させて説明すると以下の通りである。ＯＮ／ＯＦＦ制御部２７は、例えば、ＳＷ素子Ｇｕが短絡故障してから約０．０２ｓｅｃ後に、ＳＷ素子Ｇｗを優先的にＯＮ動作状態にする（ステップＳ１０１）。開閉制御部２４は、短絡故障が発生してから約０．０３ｓｅｃ後にＶ相開閉部４ｂを開放する（ステップＳ１０２）。その結果、過渡電圧がモータの絶縁耐圧よりも低い値に抑制される。また、図７（ｂ）の上段に示すように、Ｖ相開閉部４ｂを開放した後も電流が安定しゼロ付近にあるので、直ぐにＵ相開閉部４ａも開放可能である（ステップＳ１０３）。
【００６７】
ただし、開閉部が接続されていない相のＳＷ素子が短絡故障した場合には、実施の形態１と同様に、ＯＮ動作状態にするＳＷ素子を選択し、開放する開閉部４を選択する。しかし、最後に開放する開閉部は、実施の形態１と異なり、開閉部が接続されている相とする。
【００６８】
このことを図１０を用いて説明すると以下の通りである。開閉部が接続されていない相のＳＷ素子（例えば、Ｇｗ）が短絡故障した場合（ステップＳ１４０，Ｙｅｓ）、故障検出部９は、Ｗ相上アーム故障検出信号ＦＯＷを出力する。ＯＮ／ＯＦＦ制御部２７は、故障検出信号ＦＯＷと相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに基づいて、ＯＮ動作状態にするＳＷ素子を選択する（ステップＳ１４１）。モータ電流ＩｕがＩｖより大きい場合（ステップＳ１４１，Ｙｅｓ）、ＳＷ素子Ｇｖがオンとなる（ステップＳ１４２）。開閉制御部２４は、Ｕ相開閉部４ａを開放し（ステップＳ１４３）、Ｕ相開閉部４ａが開放してから所定の時間を待って、Ｖ相開閉部４ｂを開放する（ステップＳ１４４）。
【００６９】
ステップＳ１４１において、モータ電流ＩｕがＩｖより小さい場合（ステップＳ１４１，Ｎｏ）、ＳＷ素子Ｇｕがオンとなる（ステップＳ１４５）。開閉制御部２４は、Ｖ相開閉部４ｂを開放し（ステップＳ１４６）、Ｖ相開閉部４ｂが開放してから所定の時間を待って、Ｕ相開閉部４ａを開放する（ステップＳ１４７）。なお、開閉部が接続されていない相のＳＷ素子（例えば、Ｇｚ）が短絡故障した場合の動作（ステップＳ１５０〜ステップＳ１５７）は、上述したステップＳ１４０〜ステップＳ１４７と同様である。
【００７０】
ステップＳ１００において、開閉部が接続されている相のＳＷ素子（例えば、Ｇｕ）が短絡故障していない場合（ステップＳ１００，Ｎｏ）、故障検出部９は、Ｕ相下アーム（ＳＷ素子Ｇｘ）が故障しているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。
【００７１】
このように、故障検出部９は、各ＳＷ素子の故障の有無を順次判断していき、Ｗ相上アーム（ＳＷ素子Ｇｚ）が故障していない場合（ステップＳ１５０，Ｎｏ）、ステップＳ１００以降の判断を繰り返す。ＯＮ／ＯＦＦ制御部２７は、故障検出信号ＦＯＸ〜ＦＯＺと相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに基づいて、各ＳＷ素子のオン制御と、開閉制御部２４に対する開閉部開放指令を生成する。また、開閉制御部２４は、開閉部開放指令に基づいて各開閉部４ａ、４ｂ、４ｃの開路動作を行う。なお、図１０において、ステップＳ１００〜１０３とステップＳ１４０〜１４７の動作のみ説明したが、他のステップの動作は、これらのステップと同様であるためその説明を割愛する。
【００７２】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置は、実施の形態１と同様に、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている第１の相（例えば、Ｕ相）以外の相を構成するＳＷ素子の１つをＯＮ動作状態にするようにしたので、電流ゼロ点を利用して開閉部を開放でき、確実に故障電流を遮断することが可能である。また、第１の相（例えば、Ｕ相）およびＳＷ素子の１つがオン動作状態になった第２の相（例えば、Ｗ相）、以外の第３の相（例えば、Ｖ相）に接続された開閉部を開放するようにしたので、開閉部を開放する際の過渡的な電圧の発生を抑制すること可能である。また、例えばＳＷ素子Ｇｕが故障した際に、故障していないＳＷ素子の動作を一つの相（例えば、Ｗ相）のみに限定するようにしたので、故障していない他のＳＷ素子（例えば、Ｖ相のＧｖ、Ｇｙ）へのストレス・負担を軽減することができ、故障の拡大を防止することが可能である。その結果、従来技術に比して、故障頻度が大幅に軽減されるため、電力変換装置の信頼性が向上すると共に長期使用が可能であり、また、メンテナンスコストの低廉化を図ることができる。さらに、本実施の形態にかかる電力変換装置は、２つの相のみに開閉部を接続するようにしたので、実施の形態１に比べて１つの相分の開閉部が不要となり、電力変換装置の小型化、軽量化、および低コスト化を実現することができる。
【００７３】
また、実施の形態１および２にかかる開閉制御部８および２４は、図５および図１０に示すように、各相に接続された開閉部の開放動作の２回目に、故障したＳＷ素子が属する相にかかる開閉部を開放するようにしたので、故障の拡大を防止することが可能である。このことを具体例で説明すると、例えば、図５のステップＳ１３とＳ１４において、故障していないスイッチング素子の属する相（Ｖ相）の開閉部を１回目に開放し（Ｓ１３）、故障したスイッチング素子の属する相（Ｕ相）の開閉部を２回目に開放している（Ｓ１４）。ここで、Ｓ１４の後に、故障したＳＷ素子が属する相（Ｗ相）の開閉部を開放、すなわちＵ相開閉部をＷ相開閉部よりも優先的に開放するように構成されている。
【００７４】
なお、上記説明では、Ｕ相を第１の相、Ｗ相を第２の相、Ｖ相を第３の相として電力変換装置の動作を説明したが、例えば、Ｗ相を第３の相、Ｖ相を第２の相として読み替えることもできる。また、Ｖ相を第１の相とした場合には、Ｗ相を第２の相、Ｕ相を第３の相として読み替えることもできる。
【００７５】
なお、実施の形態２に示された構成、すなわち図９において中性点２６側に開閉部４を接続する構成は、実施の形態１にも適用可能である。実施の形態１にかかる開閉制御部８に、当該構成を適用した場合、開閉部の構成は変わらないが、ＯＮ／ＯＦＦ制御部７における開閉部開放指令の演算処理や開閉制御部８での開閉制御処理を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明は、電気車の推進制御に供される電力変換装置に適用可能であり、特に、開閉部が開放するときに発生する過渡的な電圧を抑制することができると共に、故障していないＳＷ素子への負担を軽減することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１，２５  同期機
２  電力変換器
３ａ  Ｕ相電流検出器
３ｂ  Ｖ相電流検出器
３ｃ  Ｗ相電流検出器
４  開閉部
４ａ  Ｕ相開閉部
４ｂ  Ｖ相開閉部
４ｃ  Ｗ相開閉部
５  直流電源
６  制御部
７，２７  ＯＮ／ＯＦＦ制御部
８，２４  開閉制御部
９  故障検出部
１０ａ  Ｕ相短絡故障検出部
１０ｂ  Ｖ相短絡故障検出部
１０ｃ  Ｗ相短絡故障検出部
１１ａ  Ｕ相電流符号判別部
１１ｂ  Ｖ相電流符号判別部
１１ｃ  Ｗ相電流符号判別部
１２ａ  Ｕ相故障部位検出部
１２ｂ  Ｖ相故障部位検出部
１２ｃ  Ｗ相故障部位検出部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  絶対値演算部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ  大なり比較器
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  ＯＮ時素
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ  小なり比較器
１７ａ  Ｕ相故障検出部
１７ｂ  Ｖ相故障検出部
１７ｃ  Ｗ相故障検出部
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ，２１ｊ，２１ｋ，２１ｌ  論理積部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉ  論理和部
２６  同期機の中性点
ＦＯＵ  Ｕ相上アーム故障検出信号
ＦＯＸ  Ｕ相下アーム故障検出信号
ＦＯＶ  Ｖ相上アーム故障検出信号
ＦＯＹ  Ｖ相下アーム故障検出信号
ＦＯＷ  Ｗ相上アーム故障検出信号
ＦＯＺ  Ｗ相下アーム故障検出信号
Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ  スイッチング素子
Ｉｓｅｔ  所定の設定値
Ｉｕ  Ｕ相電流
Ｉｖ  Ｖ相電流
Ｉｗ  Ｗ相電流
ＭＵＯＦＦ  Ｕ相開閉部開放指令
ＭＶＯＦＦ  Ｖ相開閉部開放指令
ＭＷＯＦＦ  Ｗ相開閉部開放指令
【図１】
2011048683.tif 000003
【図２】
2011048683.tif 000004
【図３】
2011048683.tif 000005
【図４】
2011048683.tif 000006
【図５】
2011048683.tif 000007
【図６】
2011048683.tif 000008
【図７】
2011048683.tif 000009
【図８】
2011048683.tif 000010
【図９】
2011048683.tif 000011
【図１０】
2011048683.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月16日(2011.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流回転機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に接続された交流遮断用の開閉部と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に流れる電流を検出する電流検出部と、少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、を備える電力変換装置であって、前記制御部は、前記電流検出器が検出した電流値に基づき、前記複数のスイッチング素子のいずれが短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっているかを検出し、検出結果を示す信号を出力する故障検出部と、前記故障検出部からの信号および前記電流値に基づいて、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている相を第１の相とするときこの第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つをオン動作状態にすると共に、前記開閉部を開放するための信号を出力するＯＮ／ＯＦＦ制御部と、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部からの信号に基づいて、前記第１の相、および、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部によってスイッチング素子の１つがオン動作状態になった第２の相、以外の第３の相に接続された開閉部を開放する開閉制御部と、を有し、前記開閉制御部は、各相に接続された開閉部の開放動作の２回目に前記第１の相に接続された開閉部を開放することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流回転機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に接続された交流遮断用の開閉部と、前記電力変換器と前記交流回転機との間に流れる電流を検出する電流検出部と、
少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、を備える電力変換装置であって、
前記制御部は、
前記電流検出器が検出した電流値に基づき、前記複数のスイッチング素子のいずれが短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっているかを検出し、検出結果を示す信号を出力する故障検出部と、
前記故障検出部からの信号および前記電流値に基づいて、短絡故障あるいはオン動作状態のままとなっている相を第１の相とするときこの第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つをオン動作状態にすると共に、前記開閉部を開放するための信号を出力するＯＮ／ＯＦＦ制御部と、
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部からの信号に基づいて、前記第１の相、および、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部によってスイッチング素子の１つがオン動作状態になった第２の相、以外の第３の相に接続された開閉部を開放する開閉制御部と、を有し、
前記開閉制御部は、各相に接続された開閉部の開放動作の２回目に前記第１の相に接続された開閉部を開放することを特徴とする電気車の電力変換装置。
【請求項２】
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部は、前記電流値に基づいて、前記第１の相以外の相を構成するスイッチング素子の１つを選択することを特徴とする請求項１に記載の電気車の電力変換装置。
【請求項３】
前記開閉制御部は、各相に接続された開閉部の開放動作の１回目に前記第１の相以外の相に接続された開閉部を開放することを特徴とする請求項１に記載の電気車の電力変換装置。
【請求項４】
前記開閉制御部は、前記第１の相に接続された開閉部と、前記第２の相に接続された開閉部と、前記第３の相に接続された開閉部と、のいずれか２つの動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の電力変換装置。
【国際調査報告】
2011048683.tif 000013
2011048683.tif 000014